RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo determinar el peligro sísmico asociado a fallas geológicas en un área al Noroeste de San Rafael del Sur, para la planificación física y uso del territorio, basado en revisiones bibliográficas, descripciones geológicas de campo y en el análisis sísmico histórico e instrumental con apoyo de Mapa Geológico y Topográfico a escala 1:50,000 del Municipio de San Rafael del Sur, fichas de datos técnicos, Sistema de Información Geográfica (ARcGis 9) y AutoCad 2004 para el tratamiento automático de la información.
De acuerdo a los resultados obtenidos, se muestra una distribución espacial de epicentros en dirección SO -NE al Noroeste de San Rafael del Sur en un rango de 2.3 – 3.8 ML y profundidades entre 0 – 18.5 km con un 99.9% de que exceda cada año los 3ºR. Todos los sismos, transversales a la zona de subducción con una extensión de 7km2 , se hallan asociado a falla laterales izquierda locales que escapan de la observación de campo afectando principalmente las comunidades de El Tamarindo, los Jaras y Gutiérrez Norte, de acuerdo con las pocas evidencias visibles en superficie tales como microfallamiento tectónico, diaclasas de relajación, fracturas y plegamiento tectónico corroborados con la cartografía geológica regional.
El área noroeste de San Rafael del Sur presenta un relieve plano compuesto por suelos arcillo-arenoso aluvial reciente, aglomerados basálticos dispersos y arcilla limosa relativamente firme donde se hallan emplazados iglesias, centros educativos, edificios industriales y viviendas familiares influenciados por la sismicidad superficial con magnitudes entre 2.7 – 3.3 ºR y profundidades focales de 0 – 8.9km.
El ambiente tectónico local, las características sísmicas in situ, la morfología, litología, estratigrafía, particularidades constructivas y condiciones del subsuelo contribuyen al aumento del peligro sismico en el sitio de estudio. Donde el factor suelo refleja máximos valores de aceleración al que puede normalmente comportarse el terreno variando de 0.4 – 0.5g en lugares críticos como El Tamarindo y Los Jaras. Dichos datos se concentran en número pequeño de sismos locales calculados por la relación de Atenuación de Campbell (1981)
Los cálculos históricos de aceleraciones horizontales obtenidas por Zapata et. al (1985) registran lecturas de 0.02 – 0.16 y 0.05 – 0.24 gs'. Estas últimas con períodos de retornos entre rangos de 5 – 500 años, comprobada con la cartografía sísmica regional presentada por GSHAP-INETER en 1999 para un período de 50 años con excedencia del 10% que corresponde a un período de retorno de 475 años con valores de aceleración del suelo entre 4.0 – 4.5 m /seg2 característico para una zona de amenaza sísmica alta.
Finalmente, se definió datos de densidad de fallas geológicas y fracturas tectónicas locales en un área de 45km2 al Noroeste de San Rafael del Sur conformada por las comunidades de El Tamarindo, Los Jaras, Gutiérrez Norte, Sánchez Norte y San Rafael del Sur en 0.516090666km-1 y 0.287064km-1 respectivamente. Esto es desfavorable por acentuar la mayor liberación de energía sísmica en El Tamarindo, Los Jaras y Gutiérrez Norte atenuándose hacia el Este en las comunidades de los Sánchez Norte y San Rafael del Sur.
I. – INTRODUCCIÓN
La actividad sísmica de la región del Pacífico de Nicaragua está controlada por la convergencia de las placas Cocos y Caribe.
En este estudio se determinó el peligro sísmico de un área al noroeste de San Rafael del Sur, en el Departamento de Managua, para una mejor planificación física y uso del territorio en esa parte de la región del Pacífico de Nicaragua. (Véase Anexo 1).
El sitio de interés presenta una forma rectangular y superficie de 45 kilómetros cuadrados. En su esquina SO se localiza Masachapa; se extiende al Norte de San Cayetano, luego al Este hasta Casa de Teja y finalmente al Sur, pasando por San Rafael del Sur, hasta el lugar La Junta. Las coordenadas UTM de los vértices del terreno situado en el cuadrángulo Suroeste del Mapa Topográfico "San Rafael del Sur" con código 2951-IV, a escala 1:50,000 se presentan a continuación:
1- N1312.045-E554.458;
2- N1308.116-E554.474;
3- N1311.961-E561.006;
4- N1308.116-E561.006
El recorrido sugerido en esta investigación fue siguiendo las rutas: El Crucero-San Rafael del Sur-Masachapa; El Crucero-Los Chiles-San Rafael del Sur y el Empalme de la carretera Vieja a León a Masachapa, además caminos secundarios dentro del área, en donde fue posible moverse por vehículo o a pie para observaciones y mediciones puntuales de afloramientos y cortes de cauces o río, etc.
Se propone esta área por la disponibilidad de datos sísmico con profundidades someras sugieren actividad de fallas geológicas locales; además, es un área costera fuera del graben de Nicaragua lo cual le imprime un atractivo científico, en razón que la sismicidad no se asocia únicamente a la subducción, ni a la actividad sísmica volcánica ínter graben.
II.- OBJETIVOS.
2.1.-) Objetivo General
Determinar la peligrosidad sísmica de un área al noroeste del Municipio de San Rafael del Sur.
2.2.-) Objetivos Específicos
1. Caracterizar estructural y sísmicamente el sitio de estudio a partir de parámetros deducidos de mecanismos focales de los datos sismológicos.
2. Correlacionar la geología de campo con datos sísmicos instrumentales para el área localizada al Noroeste de San Rafael del Sur.
3. Clasificar y cartografiar edificaciones in situ de acuerdo a su uso y tipología constructiva.
4. Mostrar resultados de vulnerabilidad estructural mediante modelos estadísticos simples.
5. Preparar mapa de zonificación sísmica a escala 1:35,000 del sitio estudiado usando el programa de computadora ARcGis 9.
6. Presentar niveles de peligro sísmico local en un mapa a escala 1:32,000 de la zona de interés usando un Sistema de Información Geográfica SIG (ARcGis 9).
III – CONCEPTOS GENERALES
El autor considera conveniente definir algunos conceptos básicos, propuestos por varios autores, antes de dar inicio a esta investigación.
3.1 – Peligro sísmico
– Capacidad potencial de que se produzca un efecto adverso como parte de un sismo (3).
– Cualquier factor externo a una región, representado por un fenómeno sísmico que produce desastre al manifestarse (2).
– Condiciones o proceso del ambiente que dan origen a perdida de vida o daños económicos en poblaciones humanas (1).
3.2 – Falla geológica:
Fractura planar en el terreno en la cual una roca ha sido desplazada con respecto a otro (9). O bien, ruptura del suelo seguida del desplazamiento del terreno resultante de la fractura.
Una falla geológica en la cual se han producido desplazamiento de formaciones estratigráficas del Pleistoceno de la Era Cuaternaria ocurrido durante los últimos 10,000 años es considerada como falla sísmica activa. (10)
3.3 – Mecanismo Focal (10):
El desplazamiento relativo de lados adyacentes en una falla geológica produce una distribución de compresiones (C) en zonas situadas en dirección del movimiento y de tensiones o dilataciones (D) en zonas opuestas a la dirección del movimiento como lo indica la figura 1.
Para conocer el mecanismo que produce los sismos es preciso conocer datos estructurales y geométricos de la fuente sísmica como: orientación del plano de falla, el ángulo de buzamiento, y dirección del desplazamiento relativo. Algunas veces se puede observar la fractura en superficie, en cuyo caso es fácil de medir sobre el terreno la orientación del plano de falla y la cantidad de dislocación. (10)
El mecanismo focal consiste en esferas con radio la unidad y de material homogéneo con centro como foco. Las observaciones se identifican usando un símbolo distinto según se trate de compresiones (círculos negros) y dilataciones (círculos abiertos). (Véase Figura 2)
Figura 1. Vista perpendicular de una falla. Se puede notar que el espacio que rodea al epicentro se divide en cuadrantes que sufren, alternativamente empujes (compresiones) con relación al foco y arrastre (dilatación) con relación al mismo. (10)
Una vez representadas las observaciones sobre red estereográfica, se separan las compresiones y dilataciones por dos planos ortogonales, uno de los cuales representan el plano de falla. Condición del método es que las dimensiones de la falla sean pequeñas en comparación con la distancia al punto de observación. Este método permite deducir el tipo de esfuerzos que actúan en la región donde ocurrió el sismo, por consiguiente el tipo de falla, y la orientación del plano de ruptura o falla. (10)
Figura 2: Mecanismo focal del sismo ocurrido el 21 de Abril de 2001, con magnitud 3.6ML y profundidad de 1.0 km que muestra zonas de compresión y dilación que experimenta el área San Rafael del Sur ante esfuerzos tectónicos (11)
Las flechas grandes indican el movimiento de los lados de la falla; las flechas pequeñas paralelas a la falla indican las fuerzas que, aplicadas sobre un punto, producirían los mismos desplazamientos que ocasionó la ruptura; las flechas pequeñas perpendiculares a la falla representan fuerzas que tienen el mismo efecto que sobre los desplazamientos del material de un lado de la falla tiene la presencia del material del otro lado de ella (sin estas fuerzas la falla giraría). (10)
IV- MARCO GEOLOGICO GENERAL DE SAN RAFAEL DEL SUR
4.1- GEOMORFOLOGÍA
El territorio nacional ha sido dividido en cinco provincias que reflejan el ambiente geológico del país, las cuales son (8):
a. Provincia de la Planicie Costera del Pacífico
b. Provincia de la Depresión o Graben de Nicaragua c. Provincia del Área Central de Nicaragua
d. Provincia del Norte de Nicaragua
e. Provincia de los Llanos de la Costa Atlántica.
El área de estudio, situado al NO de San Rafael del Sur se encuentra integrando la Provincia de la Costa del Pacífico.
Esta provincia geológica presenta un relieve moderado a abrupto, cerros en forma de cresta angosta y larga, con fuerte inclinación hacia el mar, a veces onduladas y dislocadas, presentándose también numerosas cuestas características de rocas estratificadas de diferentes tipos. Los drenajes son escasos pero profundos con ramales paralelos a los estratos (6) (véase perfil geológico SO – NE: Quebrada Pisinga – Santa Teresa).
San Rafael del Sur constituye un ambiente deposicional volcánico-continental (de edad Terciario-Cuaternario) y marino-transicional (de edad Terciaria), de aguas someras a profundas (14)
En el Mapa 1 se muestra la geología del sitio de estudio tomada del Mapa geológico "San Rafael del Sur" escala 1:50,000 (7).
En el sitio en sí se encuentra superficialmente material de tipo Cuaternario Coluvial (Qc) sobre el Grupo La Sierras (TQps) compuesto por tefra, el cual sería el material firme más cerca de la superficie. En los alrededores del sitio se notan 2 rumbos predominantes de fallas y fracturas, unos con rumbo NE40ºSO y el otro con NO60ºSE siendo una falla de tipo normal localizada dentro del área de estudio. (Véase Mapa 1) (7)
4.2 – ESTRATIGRAFÍA.
4.2.1- Estratigrafía
La Planicie Costera del País, del cual forma parte San Rafael del Sur, comprende depósitos de rocas sedimentarias litorales-marinos que datan desde el Cretáceo Superior al Terciario Superior, siendo las rocas más características: caliza, arenisca, lutita y limonita; dichas rocas están siendo relacionadas básicamente a 6 formaciones geológicas: Formación Rivas de edad Cretáceo Superior, Miembro Sapoá del Eoceno Inferior, Formación Brito del Eoceno, que sobreyace discordantemente a la Formación Rivas; Formación Masachapa del Oligoceno, sobreyace a la Formación Brito. La Formación El Fraile y Tamarindo del Mioceno sobreyacen a la Formación Masachapa. Estas formaciones sobreyacen a la Formación El Salto del Plioceno (véase la tabla 2). (5)
En el sitio afloran la Formación Masachapa y Formación El Salto correspondiente a la provincia de la Costa del Pacífico y en sus alrededores la conocida Provincia de la Depresión constituida por el Grupo La Sierra.
a- Formación El Salto (Tps)
Esta se localiza a lo largo de la carretera las Conchitas-Masachapa y el Río Jesús, asignado con el nombre de Formación El Salto, nombre correspondiente al pueblo El Salto. Litológicamente El Salto está constituido por depósitos clásticos-detríticos, coquina recristalizada y arcilla carbonatada-organógeno. Los afloramientos más representativos se observan en el Río El Brasil, El Carmen, El Apante, Río Gutiérrez, El Salto (Río Jesús) y el Río Riachuelo. (5)
La Formación El Salto debido a su proceso (transgresión marina) y ambiente de formación, a las irregularidades del paleosuelo existente antes de su deposición y a los efectos de los fenómenos geológicos externos a los que han sido sometido presentan un espesor muy variable en el que se refleja un contacto entre El Salto y el Grupo La Sierra. La Formación El Salto tiene un espesor de 100m. (5)
b- Formación El Fraile (Tmf)
Esta representada por sedimento marino somero y transicional marino continental del Terciario Superior con 2700 m de espesor de 95km, longitud a lo largo de la Costa del Pacífico constituida por rocas atenaceas, intercalaciones de lutitas tobaceas, caliza, conglomerados y bosque de madera fósil suprayacidos por lodositas y areniscas de grano fino de plataforma costera. La Formación El Fraile es concordante con la Formación subyacente Masachapa, se señala como mejores afloramientos La Boquita, La Trinidad, Masachapa y El Velero.
c – Formación Masachapa (Tom)
Esta representada por sedimentos someros depositados durante el Terciario Superior. Marca la transición de depósitos marinos profundos a depósitos Neríticos. Litológicamente se trata de una secuencia inter.-estratificada de lutitas calcáreas y tobáceas, lodolitas y limolitas con intercalación de arenisca y brechas, con base y techo de aglomerados y conglomerados. Algunos afloramientos representativos se observan en Loma Los Espejos y Río Citalapa (5)
d- Formación Brito (Teb)
Esta compuesta por sedimentos volcánicos y sedimentarios, se extiende desde el poblado de Villa El Carmen hasta la República de Costa Rica con 137km de longitud y 2,570 m de espesor alcanzando los 3350m de profundidad en otros lugares, forma un contacto discordante con la formación suprayacente Masachapa. Asimismo, con las formaciones El Fraile, El Salto y el Grupo Las Sierras, e igualmente discordante con la Formación subyacentes de Rivas, en el área de la península de Santa Ana. La presencia de marcas de oleaje, caliza y sedimentos arcillosos, la señala como originada en un ambiente playero- nerítico. Se presenta afloramiento en el Guarumo, Buenos Aires y El Níspero. Esta formación es correlacionable con la formación localizada en el área central de Nicaragua conocida como Formación Matiguas por su similitud litológica, posición estratigráfica y la presencia de fósiles, reflejando características de un ambiente lacustre marino.
4.2.2- Grupo La Sierras (TQps)
Esta unidad geológica se halla conformada por depósitos volcánicos recientes, piroclástos, pómez, lapilli, ceniza, flujo de lodo, flujo de pómez, y sedimento fluvial lacustre de 680m de espesor y unos 100,000 años de edad sobre el cual se asienta la ciudad de Managua. Los suelos que se desarrollan sobre el Grupo la Sierra son limoso, arenosos y gravosos poco cohesivos, inconsolidado y heterogéneo conocidos en la estratigrafía de Managua y alrededores como Cuaternario aluvial (Qal) y Cuaternario Coluvial (Qc). Los primeros, provenientes de zonas de ríos o cauces que originan depósitos arenosos y arcillosos aluviales. Los segundos, resultantes de sedimentos provenientes de los edificios volcánicos jóvenes y zonas montañosas de la Sierras alta de Managua.
Tabla 1: Es ra igraf!a de la Cos a del Pac!fico (5)
V- SISMICIDAD REGIONAL DE SAN RAFAEL DEL SUR
La ocurrencia de sismos en San Rafael del Sur obedece, particularmente, a la actividad de las fallas geológicas locales, transversales a la Planicie Costera del Pacífico de Nicaragua (Véase en Figura 3) (3) (15)
Figura 3: Marco Estructural de Nicaragua y San Rafael del Sur (11)
La sismicidad de San Rafael del Sur ha sido dividida en dos períodos. Los sismos se hallan asociados a la zona de subducción (15):
a) 1852 – 1987: se presenta un registro continuo de magnitudes Mb que oscila entre 5.0 y 7.3 en 63 sismos, de los cuales el Terremoto del 24.10.1956, mb = 7.1, Ms = 7.2 y ho =
26km localizado a 30 km del sitio de estudio que pudo haber provocado Intensidad del Grado VII a VIII en el sitio. En este período se registraron sismos con mb =5.0, localizado a distancia focal entre 5 y 151 km, afectando el área de estudio. En total se recopilaron un total de 63 eventos sísmico (15) (Véase Tabla 2: a)
Los eventos superficiales predominando mayormente son los sismos con profundidades intermedia (35 – 151 km). (15)
b) 1976 – 1983: el INETER, recopiló un listado de sismos cercano al sitio de estudio, los cuales se muestra en la Tabla 2b, por estar éste en una región con alto nivel de sismicidad, en donde solamente se presenta eventos con Mn › 2 siendo el evento del 05.12.1981 con Mn = 3.9 y ho = 89km con una distancia epicentral cercana al área investigada. Se recopilaron un total de 25 eventos sísmicos. (15)
(Véase Tabla 2: b)
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